Oświetlenie LED

Jeszcze kilka lat temu rynek oświetlenia LED był w fazie eliminacji żarówek wolframowych, które zostały szybko wyrzucone na margines m.in. za pomocą zakazów sprzedaży. Potem przyszła kolej na rugowanie z użycia lamp fluorescencyjnych (świetlówek kompaktowych), a obecnie trwa proces "dobijania" nielicznych opraw sufitowych ze świetlówkami 18-watowymi. Do niedawna na rynku oświetlenie LED było dostępne głównie w formie zamienników, czyli pasujących do starych opraw żarówek z diodami i zasilaniem, obecnie coraz więcej opraw ma konstrukcję zintegrowaną, a więc zawiera niewymienne źródło światła.

Coraz więcej produktów przynosi coś więcej niż tylko światło – pozwala na programowanie czasu włączenia i wyłączenia, aktywuje się w obecności osób, pozwala na regulację jasności, barwy, współpracuje ze smartfonem itd. Ostatni trend to coraz większy udział rozwiązań specjalistycznych, a więc przeznaczonych do wybranych miejsc i aplikacji. LED-y dają o wiele większe możliwości kompozycji źródeł z oprawą i resztą otoczenia i widać, że cieszą się zainteresowaniem. Są przeznaczone do oświetlenia budynków, stanowisk pracy, ulic, obiektów publicznych. Takie cenne obszary to również np. architektoniczne, sceniczne, medyczne, motoryzacyjne.

Najważniejsze cechy oświetlenia LED brane pod uwagę przy kupnie

 

Rynek oświetlenia ledowego z pewnością można uznać za dojrzały, gdyż podstawą decyzji klientów są cechy takie jak jakość i niezawodność oraz parametry techniczne, funkcjonalność i podobne. Niska cena jest dopiero na czwartej pozycji od góry, co przekonuje, że rynek dzisiaj wygląda zupełnie inaczej niż pięć lat temu. Wówczas znaczenie ceny było znacznie bardziej zarysowane. Krótki termin dostawy to oczywiście znak obecnych czasów. Proporcje pól na wykresie przekonują ponadto, że w praktyce liczy się dobry stosunek możliwości do ceny, a więc otrzymywana wartość produktu w odniesieniu do wydatku.

Lampy ledowe zapewniają obecnie znacznie lepszą jakość, trwałość i dobre parametry świetlne niż jeszcze dekadę temu. Wówczas wiele produktów miało problemy a ich deklarowane parametry nie pokrywały się z rzeczywistością. Zapewne dlatego dzisiaj klienci są ostrożniejsi, zwłaszcza w aplikacjach profesjonalnych, gdzie inwestycje nierzadko są realizowane w na tyle dużej skali, że dobór produktu nie może być dziełem przypadku, na przykład, gdy celem jest oszczędność energii.

Nowe etykiety energetyczne

Minął rok, od kiedy obowiązują nowe etykiety energetyczne dla oświetlenia LED określające ich wydajność świetlną, zużycie energii w ciągu 1000 godzin pracy oraz kategorię energetyczną (klasę). Produkty konsumenckie i wszystkie źródła światła wytwarzane przez markowe firmy takie etykiety mają, gorzej wygląda etykietowanie w zakresie importowanych z Azji produktów wykraczających poza termin "konsumencki". Tu nadal jeszcze bez problemu można znaleźć źródła, które etykiet nie mają lub mają starego typu. W wielu wypadkach wynika to z braku wiedzy sprzedawców, firm importowych lub hurtowych, którym brakuje jeszcze "świadomości" oraz często także zwykłej chęci.

Najważniejsze cechy oświetlenia LED od strony technicznej

 

Czynniki techniczne związane z oświetleniem ledowym w największym stopniu sprzyjające rozwojowi rynku to długi czas pracy, czyli żywotność produktu, duża wydajność świetlna i dobre odwzorowanie barw. Kupujący oczekują, że produkty te przyniosą oszczędności w kosztach oświetlenia, zapewnią dużą wydajność oraz że światło będzie dobrze odwzorowywało kolory. Ostatnim czynnikiem jest powtarzalność parametrów, czyli to, że właściwości świetlne nie będą przypadkowe. Z zapewnieniem tego ostatniego kryterium jest chyba najtrudniej na rynku zdominowanym przez azjatyckie źródła zaopatrzenia oraz silną konkurencję cenową. Na dodatek parametrów światła nie bada się tak łatwo i tanio jak np. wartości elektrycznych, a więc pomiar współczynnika oddawania barw jest wielokrotnie bardziej kosztowny do realizacji niż napięcia lub prądu.

Wprowadzający produkty oświetleniowe na rynek są zobowiązani rejestrować swoje produkty w bazie danych EPREL (European Product Registry for Energy Labelling – Europejski Rejestr Etykiet Energetycznych). Celem jest zgromadzenie w jednym miejscu wszystkich dokumentacji technicznych, dotyczących produktów elektrycznych, należących do różnych klas energetycznych. Tam ma się znaleźć szczegółowa dokumentacja techniczna danego produktu, a link prowadzący bezpośrednio do wpisu w bazie jest podawany na kodzie QR na etykiecie. Wymóg ten dla wielu firm nie jest prosty do spełnienia z przyczyn organizacyjnych oraz technicznych. Gdy oferta handlowa jest szeroka, czyli firma ma bardzo dużo źródeł światła, nakład pracy, jaki wiąże się z zarządzaniem wpisami, utrzymywaniem ich w stanie aktualnym, na pewno nie jest drobiazgiem w skali dnia pracy. Baza EPREL wymaga też wpisania parametrów technicznych oświetlenia, takich jak wydajność, kąt emisji światła, temperatura barwowa i podobnych. Firmy importowe nie zawsze dysponują szczegółowymi parametrami, a czasem nie chcą wpisywać tego, co podał im chiński kontrahent, gdyż czują, że nie pokrywa się to z rzeczywistością.

Główne czynniki sprzyjające rozwojowi rynku

 

Za czynniki biznesowe sprzyjające rozwojowi rynku i pozytywnie oddziałujące na wzrost uznano coraz niższe ceny w przeliczeniu na otrzymywaną wartość/jakość techniczną i funkcjonalność użytkową, duże możliwości związane z integracją, aplikacją, sterowaniem oświetleniem ledowym, a także to, że świadomość ekologiczna społeczeństwa się zwiększa. Klienci chcą oszczędzać energię i słusznie kojarzą, że oświetlenie diodowe pozwala prosto zyskać obniżkę w wydatkach. Za istotne kryterium uznano także to, że rynek związany z oświetleniem LED jest coraz większy, co wynika z większej liczby aplikacji specjalistycznych (przemysłowych, medycznych i podobnych).

Co trzeba mieć, aby badać jakość oświetlenia LED?

Aby móc weryfikować jakość światła dostarczanego przez oświetlenie ledowe, konieczna jest odpowiednia aparatura pomiarowa. Wiele wielkości fizycznych można zmierzyć z dużą dokładnością i małym kosztem. Przykładem może być napięcie, rezystancja, temperatura. Mierniki służące do tego celu są tanie, powszechnie dostępne, bardzo precyzyjne, a wynik pokapokazywany na wyświetlaczu nie sprawia nikomu problemów z interpretacją. Gorzej jest z wielkościami fizycznymi takimi jak wilgotność, stężenie gazów, ale tutaj także oferta rynku jest bogata i nawet dysponując niewielką sumą można skompletować całkiem sensowne instrumentarium.

Jeśli chodzi o pomiary światła, to niestety sytuacja jest trudniejsza. Przyrządy pomiarowe są znacznie bardziej kosztowne, co wynika z tego, że są to urządzenia skomplikowane, precyzyjne i często o unikatowych właściwościach. Rynek aparatury do pomiarów optycznych jest drobnym ułamkiem tego, co mamy w zakresie pomiarów elektrycznych, przez co producentów jest znacznie mniej. Firmy te nie mogą też rozłożyć kosztów inżynierskich na dziesiątki tysięcy mierników, co czyni inwestycję trudniejszą finansowo. Pomiary optyczne są też trudniejsze od strony merytorycznej, bo sam wynik trzeba umieć odnieść do wymagań aplikacyjnych, porównać z innymi produktami i wiedzieć, czy różnica ma jakiekolwiek znaczenie.

Naszymi klientami są najczęściej producenci z następujących branż

 

Komponenty do oświetlenia diodowego takie jak moduły, emitery, zasilanie, optyka, kupują głównie producenci oświetlenia, co oczywiście jest naturalne, niemniej drugą branżą równie istotną z punktu widzenia dostawców są odbiorcy z przemysłu. Kupują oni zarówno gotowe źródła światła (oprawy), jak też komponenty, za pomocą których realizowane są projekty.

Kolejny problem z pomiarami źródeł optycznych jest taki, że potrzebna jest interdyscyplinarna wiedza z zakresu elektroniki (np. zasilanie), optyki (kształtowanie wiązki światła), fizyki. Przydaje się też znajomość chemii, procesów związanych z badaniami starzeniowymi, estymacją żywotności i innymi zagadnieniami. Słowem – nie jest tak łatwo, jak z napięciem.

Podstawowym przyrządem jest spektrometr pozwalający na pomiar skorelowanej temperatury barwowej (CCT) i współczynnika reprodukcji barw (CRI). Do niego trzeba dokupić kulę całkującą wraz z osprzętem, aby badać wydajność świetlną. Ten zestaw minimum można dalej rozbudowywać o sprzęt do badań klimatycznych, starzeniowych, kamerę termowizyjną itp. Do utrzymywania aparatury w stanie jakości metrologicznej niezbędne są wzorce itd.

Migotanie jest coraz mniejszym problemem

Jeszcze kilka lat temu migotanie źródeł światła było częstą przypadłością tanich źródeł. Minimalna bezwładność diod powoduje, że tętnienia napięcia zasilającego wywołane kiepską filtracją lub złą korekcją współczynnika mocy przenoszą się na wahania strumienia świetlnego. Nie tylko chodzi o zmiany w takt częstotliwości sieci zasilającej 50/100 Hz, ale także te o wyższej częstotliwości, które jest wynikiem działania PWM.

Metodą zapewnienia małego poziomu migotania źródeł światła jest użycie zasilaczy dobrej jakości, a więc takich o stabilnym napięciu wyjściowym, które nie tylko nie mają tętnień związanych z konwersją energii i korekcją PFC, ale także charakteryzują się dobrą dynamiką tj. stabilnością napięcia wyjściowego przy dużych zmianach prądu obciążenia. Ponad rok temu weszła w życie kolejna rewizja dyrektywy Ekoprojektu, która wymusza kontrolowanie przez dostawców oświetlenia zjawiska migotania. Poprawiła się też jakość zasilaczy ledowych dostępnych na rynku oraz scalonych rozwiązań driverów wykorzystywanych w modułach i oprawach zintegrowanych. Szersza oferta i dobre parametry zasilaczy specjalizowanych powodują, że migotanie światła przestaje być problematyczne w produktach nowych.

Główne czynniki negatywne dla rynku oświetlenia LED

 

Czynniki negatywnie oddziałujące na rynek oświetlenia LED to zła jakość produktów, trudność w porównywaniu parametrów produktów, a także brak wiedzy klientów. Te trzy kryteria można uznać za powiązane ze sobą i tworzące wspólny mianownik problemu. Parametry źródeł światła, jednostki opisujące wydajność źródeł wymagają wiedzy z zakresu fizyki, optyki, z którą wielu kupujących sobie nie radzi. Z kolei importerzy nie dysponują z reguły aparaturą do badań i nie kontrolują właściwości optycznych produktów.

Inteligentne oświetlenie

Inteligentne oświetlenie to termin o szerokim znaczeniu, często też określane terminem "smart" w przypadku, gdy chodzi o źródła światła do pomieszczeń wewnętrznych. Koncepcja opiera się na tym, że do źródła światła dodajemy różne czujniki, obwody sterujące (jasnością, kolorem, odcieniem), aktywację ruchem człowieka, programowanie czasu działania oraz komunikację. Jednym z najczęściej spotykanych funkcjonalności tego systemu jest możliwość dostosowywania temperatury barwowej oraz jasności świecenia ręcznie lub automatycznie w zależności od pory dnia oraz zdefiniowanego profilu.

Takie możliwości zapewniają profesjonalne oprawy przemysłowe, do budynków biurowych i stanowisk pracy, a nawet żarówki ledowe do zastosowań domowych. Rozwiązania te różnią się tylko liczbą takich funkcji i komunikacją. W systemach budynkowych sterowanie lampami realizuje się za pomocą DALI (Digital Addressable Lighting Interface) i Ethernetu lub ZigBee. W tych domowych częściej spotyka się Bluetooth i Wi-Fi umożliwiające komunikację ze smartfonem. Niestety jednym z kłopotów branży oświetleniowej pozostaje brak jednomyślności co do standardu wymiany danych, co wywołuje spore problemy z interoperacyjnością poszczególnych modułów LED. Od kilku lat trwają prace nad wprowadzeniem większej standaryzacji, ale idzie to opornie.

Oświetlenie specjalistyczne i przemysłowe

Silna konkurencja na rynku konsumenckim powoduje, że stale rośnie znaczenie oświetlenia specjalistycznego i profesjonalnego, w którym wartość dodana dla klienta jest większa niż w obszarze konsumenckim oraz nie ma takiej konkurencji cenowej ze strony importerów produktów azjatyckich. Renomowane firmy stawiają na nowoczesne produkty, o dużej funkcjonalności, jakości także w zakresie popularnych rozwiązań konsumenckich i nierzadko porzucają aktywność w zakresie wyrobów typowych, gdzie konkurencja ma charakter cenowy.

W tym obszarze ilościowo i asortymentowo dominują rozwiązania oświetleniowe do sklepów wielkopowierzchniowych, magazynów, hal produkcyjnych (głównie lampy high i low bay, oprawy liniowe), w dalszej kolejności są to lampy montowane w sufitach podwieszanych, systemy oświetlenia ulicznego, lampy obiektowe, wersje z certyfikatami (Atex, górniczymi, medycznymi), w obudowach odpornych na narażenia środowiskowe i podobne. Drugim obszarem specjalizacji jest atrakcyjne wzornictwo pozwalające nadać pomieszczeniom indywidualny charakter i zapewnić wysoką funkcjonalność.

Jeszcze inna droga specjalizacji to oświetlenie do zastosowań w rolnictwie, a więc wykorzystywane do uprawy roślin i hodowli zwierząt oraz UV do sterylizacji. Światło o odpowiednim widmie oraz dawce korzystnie wpływa na wzrost i poziom zawartości pożądanych substancji aktywnych w roślinach. UV pomaga z kolei w utrzymaniu dobrej kondycji plonów poprzez ograniczanie rozwoju pleśni oraz niektórych gatunków szkodników, stanowiąc alternatywę dla środków chemicznych. Do takich zastosowań pojawiły się już odpowiednie diody o specyficznej barwie światła.

LED-y z zakresów UV-B oraz UV-C wykorzystywane są również m.in. w celu dezynfekcji pożywienia, powietrza, wody oraz powierzchni. Ich zaletą jest nie tylko wysoka energooszczędność, ale również małe wymiary, pozwalające na miniaturyzację urządzeń, przez co wypierają lampy rtęciowe z wielu zastosowań. Także dzięki temu, że nie zawierają rtęci i wiążących się z nią problemów z recyklingiem. Drugą korzyścią jest duża żywotność. Lampy rtęciowe mają ją na poziomie ok. 8 tys. godzin, lampa LED UV może osiągnąć nawet 10-krotnie dłużej, nie wymagają nagrzewania, co zwiększa wydajność procesu sterylizacji i umożliwia błyskawiczne uruchomienie systemów dezynfekujących.

Zasilanie dla oświetlenia LED

Zasilacze LED to produkt o specyficznych właściwościach dostosowanych do tego typu aplikacji. Takich specjalizowanych jednostek jest na rynku wiele i bez trudu można wybierać spośród ofert wielu producentów i typów. Rośnie też stopień zaawansowania technicznego zasilaczy ledowych, co ma korzystny wpływ na parametry oświetlenia i trwałość. Poza zasilaczami do sieci energetycznej są jeszcze wersje zasilane niskim napięciem stałym (DC-DC), są moduły open frame i układy scalone specjalizowanych konwerterów impulsowych. Zasilacze dla diod LED są produkowane głównie przez firmy azjatyckie, które celują w tworzeniu szerokiego asortymentu standardowych konstrukcji o dobrym poziomie jakości.

Jakość zasilania, diod, optyki i materiałów

Mówiąc o jakości oświetlenia ledowego, w największym stopniu skupiamy się na ocenie diod, a więc emiterów światła. Rozważamy zagadnienia związane z wpływem temperatury na trwałość, degradacją luminoforu itp. czynnikami. Niemniej z perspektywy lat można powiedzieć, że w wielu przypadkach diody nie są głównym sprawcą złej jakości produktów końcowych. Może kiedyś tak było, ale dzisiaj rozwój technologii pozwala zapewnić ich działanie w dziesiątkach tysięcy godzin.

Poza diodami problemy sprawia zasilanie, zwłaszcza to zintegrowane z lampą, gdyż wówczas zasilacz jest umieszczony blisko źródła światła i całość razem grzeje się znacząco. Prowadzi to do wysychania elektrolitu w kondensatorach elektrolitycznych i przedwczesnych awarii. Zasilacze są też wrażliwe na przepięcia w sieci. Dotyczy to głównie produktów konsumenckich, gdzie oszczędza się na komponentach oraz wersji profesjonalnych w przypadku, gdy warunki eksploatacji są trudne. Świadomość rynku w zakresie wpływu warunków panujących w miejscu instalacji na żywotność jest niewielka i zasilacz zabudowany szczelnie w drewnianym meblu nie jest wcale rzadkością. Ostatnim czynnikiem determinującym żywotność oświetlenia jest jakość produktów chemicznych, takich jak zalewy hermetyzujące i tworzywa elementów optycznych, które żółkną, kruszą się lub deformują. Warto więc pamiętać, że w zapewnieniu jakości liczy się połączenie wszystkich elementów w spójną całość.